Содержание ролика:
01:00 Ученые обнаружили генетическую причину разницы в размере мозга человека и обезьян
03:10 Ученые сравнили частоты сверхточных атомных часов
06:08 Ученые пронаблюдали рой нанороботов внутри организма
09:11 Ученые выяснили, почему зубы болят от холода
11:56 Мышиные эмбрионы в биореакторах
(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе. Короткая текстовая версия ниже)
Прежде, чем мы перейдем к рассказу о самых интересных новостях науки предыдущей недели, предлагаем вам самую интересную астрономическую новость узнать из ролика пулковского астронома Кирилла Масленникова, опубликованного в прошлый четверг по самым горячим следам https://youtu.be/_HzrSPQY35I (первое в мире изображение тени черной дыры в поляризованном свете).
Ученые обнаружили генетическую причину разницы в размере мозга человека и обезьян
У людей достаточно большой мозг среди приматов - гориллы и шимпанзе отстают по размерам в 2-3 раза. Количество нейронов у только что родившегося человека тоже больше, чем у новорождённого шимпанзе или гориллы раза этак в три.
Заглянем внутрь самого механизма развития мозга — в этом прекрасно помогают церебральные органоиды, мини-мозги, выращенные из стволовых клеток. Ученые взяли нейроны всех трех видов приматов, перепрограммировали их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, т.е. поместили их на стадию эмбрионального развития, и начали выращивать. К пятой неделе органоиды человеческого мозга, ожидаемо, превзошли по размерам собратьев в два раза. Давайте разберемся, почему. Клетки предшественники нейронов, характерные для ранних стадий развития эмбриона, изначально имеют цилиндрическую форму, это очень удобно для деления, ведь их потомки имеют такую же идентичную форму. Чем больше делятся клетки, тем их форма больше напоминает вытянутую конусовидную, как у рожка с мороженым. Эта форма для деления уже неудобна. У обезьян до приобретения клетками-предшественникам нейронов конусовидной формы проходит 5 дней, а у человека - 7 дней. Т.е. у человеческих клеток больше времени для деления, да еще и делятся они чаще. Получилось объяснить это различие и на генетическом уровне. Анализ экспрессии генов показал, что один из генов, ZEB2, отвечающий за форму и активность клеток предшественников нейронов, у обезьян включался раньше, чем у человека. Как только он включается, в эмбрионе замедляется размножение клеток-предшественников нейронов, а это значит, что у обезьян просто вырастает меньше нейронов. И если включить этого ген у обезьян позже, чем положено, то количество нейронов в органоиде начинает догонять человеческое. Разумеется, это всего лишь моделирование на мини-мозгах, однако для объяснения эволюционных процессов и всей линейки Планеты обезьян это очень ценное открытие.
Ученые сравнили частоты сверхточных атомных часов
Ученые потихоньку подбираются к переопределению секунды, которая еще в 1967 году была зафиксирована как время, равное вот такому (9192631770) количеству периодов излучения,
соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. То есть с этого времени секунду определяли по атомным часам с атомами цезия, которые испускают и поглощают свет определенной частоты. Но за последнее время в архитектуре атомных часов произошли качественные улучшения, позволяющие определить секунду еще точнее. От широко используемых микроволновых атомных часов, которые могут измерять время в секундах с точностью до 16 знака после запятой, мы переходим к оптическим атомным часам, которые лучше в 100 раз, т.е. могут дать точность в 18 знаков после запятой. Это происходит за счет возможности измерения частоты в оптическом диапазоне с большей точностью, чем в микроволновом.
Но для того, чтобы внедрить эти улучшения, необходимо убедиться, что мы умеем сравнивать между собой частоту разных часов, использующих разные атомы. С одинаковыми атомами ученые умеют справляться. Более того, сравнение частот в оптическом диапазоне нужно делать через оптоволоконный кабель, а хочется проводить калибровку в беспроводном режиме, как это можно делать с микроволновыми часами.
Ученые из коллаборации Боулдеровская оптическая сеть атомных часов (BACON (Boulder Atomic Clock Optical Network)) решили обе проблемы. Они смогли измерить отношения резонансных частот трех оптических атомных часов, причем часы на основе иттербия-171 и алюминия-27 были в одном институте, а на основе стронция-87 в другом. Их соединили при помощи четырехкилометрового оптоволокна, а часы с иттербием и стронцием еще и оптической лазерной связью по воздуху на расстоянии 1,5 километров. Вот более точная схема. Измерения проводили при помощи так называемых оптических частотных гребенок, высокоточных инструментов работающих с лазером и в волокне, и в воздухе. Их влияние на измерение было минимальным, на порядок меньше измеряемой частоты. В итоге отношения частот в атомах всех трех часов были измерены с точностью от 6 до 8 на 10 в минус 18 степени, и это на данный момент рекордная величина. Эти исследования могут внести вклад в более точную систему хронометража и, соответственно геопозиционирования, геодезии и даже, неожиданно, в поиск отклонения фундаментальных констант, что ведет за пределы Стандартной физики в области Новой физики. Эксперимент коллаборации BACON как раз наложил ограничение на взаимодействие бозонов темной материи с обычной материей.
Ученые пронаблюдали рой нанороботов внутри организма
Рой нанороботов самоорганизовался в организме мыши. Пусть нанороботы в ближайшей перспективе не сильно впечатляют, они должны лишь перемещаться и переносить грузы вроде лекарств к опухолям или пораженным органам. Ни самовоспроизводства, ни мысленного управления, но это пока. Основная проблема с ними сейчас в том, что их очень сложно отслеживать в организме. Для начала разберемся с перемещением. Нанороботы, участвующие в новом эксперименте, работают на ферментной тяге, они используют вещества в
организме, например, мочевину, которые взаимодействуют с заложенными в робота ферментами, в случае с мочевиной это уреаза. В результате химической реакции возникает реактивный поток ионов карбоната и аммония, позволяющий разогнать робота до скоростей в несколько сантиметров в час.
Для того, чтобы унести значимое количество лекарств, роботов должно быть много. И ученым важно понять, как распределяется рой внутри организма. Теперь разберемся с отслеживанием. Проблему визуализации решили с помощью ПЭТ-КТ, т.е. позитрон-эмиссионной томографии, совмещенной с компьютерной томографией. Маркерами для этого метода служат радиоизотопные метки, которые и нанесли на кремниевых нанороботов, а точнее пометили ими фермент уреазу в двигателе и золотые наночастицы в багажнике. Если в обычной чашке Петри с нанороботами присутствует только вода, то роботы остаются в пределах того объема, в который их поместили. А в воде с мочевиной, т.е. с топливом, они ведут себя как рыбы в косяке и равномерно распределяются по всей чашке. Более того, нанороботы успешно преодолевают искусственные препятствия в виде лабиринтов. Но это была лишь пристрелка методики ПЭТ-КТ для визуализации движения. Затем нанороботов внутривенно ввели в организм мыши и стали отслеживать их перемещения. Вот как это выглядело. Яркое пятно - это йод-124 - скопление нанороботов в щитовидке, остальные точки распределяются по легким, печени и другим органам и постепенно выводятся с мочой. При введении в мочевой пузырь, где топлива полно, нанороботы тоже крайне быстро распределяются по всему объему. Побочные эффекты от процедуры не наблюдались. Т.е. представьте, если подобрать нужные ферменты для двигателя, то можно адаптировать нанороботов к разным ситуациям и, например, разным типам опухолей, а затем контролируемо обрабатывать их, причем наблюдая в режиме реального времени. Звучит не мега-фантастично, но весьма хорошо.
Ученые выяснили, почему зубы болят от холода
Если вдруг кто-то из вас, дорогие зрители, никогда не испытывал острую, челюстеломную, ни с чем не сравнимую зубную боль от холодного напитка или укуса мороженого, я вам искренне завидую. Все еще впереди.
Причина, по которой игла боли впивается в нерв, на первый взгляд ясна - повреждение верхнего защитного слоя зуба. Но как сигнал передается к нервам - оставалось загадкой. Это всё TRPC5. Теперь так нужно говорить при холодной зубной боли.
Около десяти лет назад ученые обнаружили, что клетки, производящие белок TRPC5, чувствительны к холоду. Когда становится морозно, в клетках периферической нервной системы этот белок открывает канал, позволяющий ионам преодолевать клеточную мембрану, фактически он позволяет передачу нервного импульса.
Под защитной нечувствительной эмалью в зубе расположен слой дентина, испещренный каналами. Под твердым дентином расположена пульпа, содержащая в себе одонтобласты, клетки, формирующие дентин, и нервы. Кстати, именно нервное сплетение Рашкова дарит нам те самые незабываемые ощущения. Ранее основная теория зубной боли от холода заявляла, что температурные колебания создавали давление на жидкость в каналах дентина, и она уже передавала сигнал в нервы зуба.
В последовавших экспериментах ученые использовали генетически модифицированных мышей с отключенным ионным каналом TRPC5. Они хотели узнать, будут ли их поврежденные зубы также реагировать на холод, как у обычных мышей. Все правильно, такие мыши будто не чувствовали боли, как будто сидели на сильных обезболах.
Кстати, ученые порылись в человеческих зубах и подтвердили, что в них тоже есть этот ионный канал, из чего последовал вывод, что у людей именно он отвечает за болевые ощущения от холода. Сюрприз заключался в том, что TRPC5 активен в одонтобластах, тех клетках, которые производят дентин, и не отвечают вообще-то за передачу ощущений. Но что есть, то есть, холод, проникающий по каналам в дентине, заставляет одонтобласты открывать ионный канал и передавать сигнал в пучки нервов.
Кстати, есть лекарство, эвгенол, применяемое в стоматологии и воздействующее на TRPC5 канал.